本發(fā)明涉及氨綸紡制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種融體直接紡制氨綸的工藝方法。

背景技術(shù)：

聚氨酯彈性纖維通常是指合成纖維中含有至少85%的聚氨酯鏈節(jié)的纖維，國(guó)際上習(xí)慣采用美國(guó)的稱(chēng)謂，即spandex，在我國(guó)的商品名稱(chēng)為氨綸。

氨綸纖維是一種高技術(shù)含量、高附加值、高性能的彈性纖維產(chǎn)品，早起曾稱(chēng)為“貴族纖維”，其主要應(yīng)用于泳裝、束身衣、運(yùn)動(dòng)服、舞蹈服、男女內(nèi)衣、襪子、彈力牛仔布、精紡面料等具有彈性功能的針織品和紡織品。由于世界氨綸總量的穩(wěn)步增長(zhǎng)，促進(jìn)了氨綸纖維的廣泛應(yīng)用，使原只能用于高端產(chǎn)品的“貴族纖維”日趨平民化。

當(dāng)今，世界現(xiàn)行紡制生產(chǎn)氨綸的工藝方法共有四種，即干法、濕法、化學(xué)法和熔融法。其中干法工藝開(kāi)發(fā)的最早，工藝最成熟。以干法生產(chǎn)的氨綸產(chǎn)量可占世界氨綸總產(chǎn)量的85%，濕法產(chǎn)量為不足5%。而熔融法工藝則是近十多年才發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，其氨綸產(chǎn)量?jī)H占10%左右。以干法工藝紡制氨綸已有七十余年的發(fā)展歷程，其生產(chǎn)工藝中必須使用一種名為“dmf”的溶劑，此種溶劑具有高毒性和高揮發(fā)性，對(duì)生產(chǎn)操作人員及周邊環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的傷害和污染，僅此因素已影響干法工藝紡制氨綸的可持續(xù)發(fā)展。熔融法工藝紡制氨綸不需要干法紡制氨綸的生產(chǎn)工藝中所必須使用的高毒性溶劑dmf，所以有“綠色氨綸”之稱(chēng)。而且，隨著融紡氨綸技術(shù)和生產(chǎn)裝置的不斷發(fā)展和完善，熔融法紡制氨綸終將要取代現(xiàn)行的干法工藝，成為生產(chǎn)紡制氨綸的主導(dǎo)工藝方法。現(xiàn)行的熔融法生產(chǎn)紡制氨綸，是必須先由屬于化工行業(yè)的企業(yè)生產(chǎn)出氨綸切片，再由屬于輕紡行業(yè)的紡絲企業(yè)以氨綸切片為原料，熔融紡制氨綸絲，生產(chǎn)不連續(xù)，效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種融體直接紡制氨綸的工藝方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種融體直接紡制氨綸的工藝方法，包括：

步驟1、將經(jīng)過(guò)加熱而完全溶為液態(tài)的物料ptmg、mdi、bdo，分別以真空吸料的方式吸入各自的主儲(chǔ)料罐，對(duì)需要進(jìn)行攪拌的物料進(jìn)行攪拌；

步驟2、將添加劑、助劑加入輔助料罐，經(jīng)充分?jǐn)嚢枞芙夂?，立即注入ptmg主儲(chǔ)料罐，然后對(duì)ptmg主儲(chǔ)料罐進(jìn)行持續(xù)地脫水處理，待脫水處理完成后，按生產(chǎn)工藝要求將ptmg、mdi、bdo物料同時(shí)輸入各自的計(jì)量罐，輸入過(guò)程中ptmg、mdi、bdo物料按液位控制儀的控制自動(dòng)進(jìn)行物料加注；

步驟3、各計(jì)量罐中的物料按生產(chǎn)工藝的設(shè)定輸入各自的精密計(jì)量裝置；

步驟4、由ptmg精密計(jì)量裝置、mdi精密計(jì)量裝置計(jì)量輸出的物料同時(shí)進(jìn)入高速動(dòng)態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器，再轉(zhuǎn)入靜態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器；

步驟5、經(jīng)過(guò)預(yù)聚的物料同bdo精密計(jì)量裝置計(jì)量輸出的物料同時(shí)進(jìn)入聚合雙螺桿擠出機(jī)，在聚合雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)完成充分聚合，聚合后的融體物料在增壓泵的作用下通過(guò)融體過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾；至此，從融體過(guò)濾器輸出的融體即是供給紡絲機(jī)組的紡絲融體物料；

步驟6、紡絲融體物料在融體泵的作用下，分別進(jìn)入紡絲箱體內(nèi)的紡絲泵，并將紡絲融體物料均勻地分配給各自的紡絲頭形成絲條；絲條在重力的作用下，在紡絲甬道中拉伸、冷卻、上油后，即在導(dǎo)絲輥的作用下進(jìn)入卷繞機(jī)，將絲束固定纏繞在卷繞頭的紙筒上進(jìn)行絲的卷繞，至此完成融體直接紡制氨綸的工藝過(guò)程。

在執(zhí)行步驟1之前，使融體直接紡制氨綸的設(shè)備按照工藝設(shè)定達(dá)到穩(wěn)定熱平衡狀態(tài)。

所述mdi的儲(chǔ)存環(huán)境為-5度以下冷凍環(huán)境，生產(chǎn)前通過(guò)水浴或烘房的加熱方式使其溶為液態(tài)。

對(duì)ptmg主儲(chǔ)料罐進(jìn)行持續(xù)地脫水處理時(shí)，工作溫度設(shè)定為110度。

所述聚合雙螺桿擠出機(jī)選用長(zhǎng)徑比為60:1的雙螺桿擠出機(jī)，聚合雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒分為15~18段，各段的溫度應(yīng)分別設(shè)定為160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度，其中240度只設(shè)一段，使物料中的凝膠粒籽得以充分分解。

步驟6中所述將絲束固定纏繞在卷繞頭的紙筒上進(jìn)行絲的卷繞過(guò)程中，當(dāng)意外發(fā)生斷絲故障，故障卷繞頭停車(chē)，同時(shí)各精密計(jì)量裝置按原設(shè)定指令自動(dòng)調(diào)節(jié)物料的流出量，確保其他紡絲位的連續(xù)、正常生產(chǎn)，待故障處理完畢，即恢復(fù)原正常設(shè)置。

本發(fā)明與現(xiàn)行的干法、濕法、熔融法紡制氨綸的工藝技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明不需使用任何溶劑，避免對(duì)生產(chǎn)操作人員及周邊環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的傷害和污染。本發(fā)明的工藝方法又是在熔融法工藝基礎(chǔ)上創(chuàng)新升級(jí)的技術(shù)，所以就更具有可持續(xù)發(fā)展的廣闊前景。

2、本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，而且其整套生產(chǎn)裝置的占地面積只是按其卷繞設(shè)備占據(jù)地面的投影面積向其上部空間延伸發(fā)展，所以，占地面積大大縮減，使投資成本和生產(chǎn)管理成本也大大減少，這是干法、濕法紡絲生產(chǎn)裝置所無(wú)法相比的。

3、本發(fā)明的生產(chǎn)效率高，紡絲速度可達(dá)到400~800m/min，絲束為單絲，手感柔和，尤其適合生產(chǎn)細(xì)旦絲，更容易實(shí)現(xiàn)差別化氨綸生產(chǎn)，本發(fā)明生產(chǎn)的氨綸絲還具有優(yōu)秀的耐久性、耐氯性和耐水解性，這也是干法、濕法工藝紡制的氨綸所無(wú)法相比的。

4、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了連續(xù)供料、連續(xù)融體聚合、直接紡制氨綸；真正做到了融體直紡氨綸。

附圖說(shuō)明

圖1是融體直紡氨綸生產(chǎn)工藝流程示意圖；

其中，0-輔助料罐，1-ptmg主儲(chǔ)料罐，1’-ptmg計(jì)量罐，2-mdi主儲(chǔ)料罐，2’-mdi計(jì)量罐，3-bdo主儲(chǔ)料罐，3’-bdo計(jì)量罐，4-ptmg精密計(jì)量裝置，5-mdi精密計(jì)量裝置，6-bdo精密計(jì)量裝置，7-高速動(dòng)態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器，8-靜態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器，9-聚合雙螺桿擠出機(jī)，10-第一開(kāi)車(chē)閥，11-增壓泵，12-第二開(kāi)車(chē)閥，13-融體過(guò)濾器，14、15-融體泵，16、17-紡絲箱體，18、19、20、21-紡絲甬道，22、23、24、25-紡絲油劑噴嘴，26、26’、27、27’、28、28’、29、29’-導(dǎo)絲輥，30、31、32、33-卷繞頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明提供的融體直接紡制氨綸的工藝方法的具體流程做詳細(xì)說(shuō)明：

在實(shí)施本發(fā)明融體直接紡制氨綸的工藝方法時(shí)，需要先將圖1所示融體直接紡制氨綸的設(shè)備按照工藝設(shè)定，使其達(dá)到穩(wěn)定熱平衡狀態(tài)，再進(jìn)行融體直接紡制氨綸工藝過(guò)程。

該融體直接紡制氨綸的設(shè)備，包括：

盛裝添加劑、助劑，并帶攪拌功能和罐體加熱保溫自動(dòng)控制功能的輔助料罐0；

具有脫水、攪拌、加熱、保溫自動(dòng)控制功能的ptmg主儲(chǔ)料罐1；

與ptmg主儲(chǔ)料罐置于同一平臺(tái)的mdi主物料罐2和bdo主物料罐3；

在主物料罐平臺(tái)之下放置規(guī)格相同的ptmg計(jì)量罐1’、mdi計(jì)量罐2’、bdo計(jì)量罐3’；

分別與ptmg計(jì)量罐1’、mdi計(jì)量罐2’、bdo計(jì)量罐3’連接的ptmg精密計(jì)量裝置4、mdi精密計(jì)量裝置5、bdo精密計(jì)量裝置6；

輔助料罐0與ptmg主儲(chǔ)料罐1連接，ptmg計(jì)量罐1’、mdi計(jì)量罐2’、bdo計(jì)量罐3’分別與ptmg主儲(chǔ)料罐1、mdi主物料罐2和bdo主物料罐3連接，ptmg計(jì)量罐1’、mdi計(jì)量罐2’、bdo計(jì)量罐3’均配裝有上液位控制儀與下液位控制儀，準(zhǔn)確控制各主儲(chǔ)料罐向各自計(jì)量罐輸送原料，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。各精密計(jì)量裝置均是由精密穩(wěn)壓泵、壓力傳感器、精密計(jì)量泵、精密流量計(jì)組成的閉路自動(dòng)控制計(jì)量裝置，當(dāng)由ptmg精密計(jì)量裝置4與mdi精密計(jì)量裝置5流出的物料均流進(jìn)高速動(dòng)態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器7，高速動(dòng)態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器7采用長(zhǎng)徑比45:1的雙螺桿擠出機(jī)可使機(jī)筒內(nèi)的預(yù)聚物料實(shí)現(xiàn)至少80000次/min以上的攪拌、切割和混合，而后進(jìn)入靜態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器8。經(jīng)過(guò)預(yù)聚的物料與bdo精密計(jì)量裝置6計(jì)量流出的物料一起進(jìn)入聚合雙螺桿擠出機(jī)9，進(jìn)行融體聚合。聚合雙螺桿擠出機(jī)9長(zhǎng)徑比在60:1以上，直徑規(guī)格的選擇可依據(jù)產(chǎn)能規(guī)模而定。與聚合雙螺桿擠出機(jī)9相連接的依次是第一開(kāi)車(chē)閥10、增壓泵11、第二開(kāi)車(chē)閥12、融體過(guò)濾器13。到此即為完成了融體聚合部分的生產(chǎn)工藝流程與設(shè)備的布置。生產(chǎn)設(shè)備紡絲機(jī)組的具體布置是：經(jīng)完全聚合的融體，在融體泵14、15的作用下，進(jìn)入紡絲箱體16、17，再由紡絲箱體16、17內(nèi)的紡絲泵將紡絲融體均勻地分配給紡絲頭，紡絲頭噴出的絲條進(jìn)入紡絲甬道18、19、20、21，絲條在重力的作用下拉伸、冷卻、噴涂紡絲油劑后，在導(dǎo)絲輥26、26’、27、27’、28、28’、29、29’的作用下使絲束均勻地纏繞在卷繞頭的紙筒上，形成絲餅，其中的紡絲油劑由紡絲油劑噴嘴22、23、24、25噴涂。

按照工藝設(shè)定使其達(dá)到穩(wěn)定熱平衡狀態(tài)，具體如下：

首先，將輔助料罐0預(yù)熱到130度，將ptmg主儲(chǔ)料罐1、ptmg計(jì)量罐1’、ptmg精密計(jì)量裝置4連同各自連接的管道部分都分別按80度的ptmg物料工藝設(shè)定進(jìn)行預(yù)加熱，將mdi主儲(chǔ)料罐2、mdi計(jì)量罐2’、mdi精密計(jì)量裝置5連同各自連接的管道部分都分別按60度的mdi物料工藝設(shè)定進(jìn)行預(yù)加熱，將bdo主儲(chǔ)料罐3、bdo計(jì)量罐3’，bdo精密計(jì)量裝置6連同各自連接的管道部分都分別按70度的bdo物料工藝設(shè)定進(jìn)行預(yù)加熱，另將高速動(dòng)態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器7的各段機(jī)筒均預(yù)熱到工藝設(shè)定的160度，對(duì)靜態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器8也預(yù)熱到160度，聚合雙螺桿擠出機(jī)9的各段機(jī)筒的溫度則按工藝要求分別設(shè)定為160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度不等；對(duì)增壓泵11、融體過(guò)濾器13也按工藝要求設(shè)定為220度。

其次，按工藝設(shè)計(jì)要求對(duì)紡絲機(jī)組中的各功能執(zhí)行部位進(jìn)行溫度設(shè)定，按照循序漸進(jìn)，由低到高的順序動(dòng)態(tài)調(diào)整。具體視絲條的變化而進(jìn)行隨機(jī)調(diào)整溫度的變化，直到絲束可以滿(mǎn)足卷繞狀態(tài)的要求為準(zhǔn)。

最后，在整套融體直紡氨綸生成裝置的各功能部位都達(dá)到工藝設(shè)定的預(yù)加熱溫度后，還必須要保持10~12個(gè)小時(shí)，以達(dá)到全系統(tǒng)的穩(wěn)定熱平衡，這樣才能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定、連續(xù)進(jìn)行。

融體直接紡制氨綸的工藝方法，具體包括：

步驟1、將經(jīng)過(guò)加熱而完全溶為液態(tài)的物料ptmg、mdi、bdo，分別以真空吸料的方式吸入各自的主儲(chǔ)料罐即ptmg主儲(chǔ)料罐1、mdi主儲(chǔ)料罐2、bdo主儲(chǔ)料罐3，對(duì)需要進(jìn)行攪拌的物料進(jìn)行攪拌；

步驟2、將添加劑、助劑加入輔助料罐0，經(jīng)充分?jǐn)嚢枞芙夂?，立即注入ptmg主儲(chǔ)料罐1，然后對(duì)ptmg主儲(chǔ)料罐1進(jìn)行持續(xù)地脫水處理，待脫水處理完成后，按生產(chǎn)工藝要求將ptmg、mdi、bdo物料同時(shí)輸入各自的計(jì)量罐即ptmg計(jì)量罐1’、mdi計(jì)量罐2’、bdo計(jì)量罐3’，輸入過(guò)程中ptmg、mdi、bdo物料按上下液位控制儀的控制自動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確、準(zhǔn)時(shí)地物料加注；

步驟3、ptmg計(jì)量罐1’、mdi計(jì)量罐2’、bdo計(jì)量罐3’中的物料按生產(chǎn)工藝的設(shè)定輸入各自的精密計(jì)量裝置，即ptmg精密計(jì)量裝置4、mdi精密計(jì)量裝置5、bdo精密計(jì)量裝置6；

步驟4、由ptmg精密計(jì)量裝置4、mdi精密計(jì)量裝置5計(jì)量輸出的物料同時(shí)進(jìn)入高速動(dòng)態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器7，再轉(zhuǎn)入靜態(tài)預(yù)聚反應(yīng)器8；

步驟5、經(jīng)過(guò)預(yù)聚的物料同bdo精密計(jì)量裝置6計(jì)量輸出的物料同時(shí)進(jìn)入聚合雙螺桿擠出機(jī)9，在聚合雙螺桿擠出機(jī)9機(jī)筒內(nèi)完成充分聚合，聚合后的融體物料在增壓泵11的作用下通過(guò)融體過(guò)濾器13進(jìn)行過(guò)濾。至此，從融體過(guò)濾器13輸出的融體即是供給紡絲機(jī)組的紡絲融體物料；聚合雙螺桿擠出機(jī)9到增壓泵11的管路由第一開(kāi)車(chē)閥10控制通斷，增壓泵11到融體過(guò)濾器13的管路由第二開(kāi)車(chē)閥12控制通斷。

步驟6、紡絲融體物料在融體泵14、15的作用下，分別進(jìn)入紡絲箱體16、17內(nèi)的紡絲泵，并將紡絲融體物料均勻地分配給各自的紡絲頭形成絲條。絲條在重力的作用下，在紡絲甬道18、19、20、21中拉伸、冷卻、上油后，即在導(dǎo)絲輥26、26’、27、27’、28、28’、29、29’的作用下進(jìn)入卷繞機(jī)，使用“吸絲槍”將絲束固定纏繞在卷繞頭30、31、32、33的紙筒上進(jìn)行絲的卷繞，至此完成融體直接紡制氨綸的工藝過(guò)程。

本實(shí)施例采用的主要生產(chǎn)原料為ptmg、mdi、bdo三種，其中摩爾比的r值為0.95~1.1之間，優(yōu)選為0.98~1.05；根據(jù)技術(shù)要求與用戶(hù)對(duì)絲的具體要求，應(yīng)分別加入穩(wěn)定劑、熒光增白劑、消光劑、柔順劑、抗氧化劑等。由于生產(chǎn)所需原料原為冷凍或固態(tài)，所以必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的加熱，使其完全溶為液態(tài)。其中，mdi的儲(chǔ)存環(huán)境為-5度以下冷凍環(huán)境，對(duì)其溶化的最佳方式是水浴，如條件不具備，則可以烘房加熱的方式。熱源可以是電能，也可以是蒸汽。對(duì)ptmg主儲(chǔ)料罐的脫水必須嚴(yán)格要求，其工作溫度設(shè)定為110度為宜。聚合雙螺桿擠出機(jī)的作用是實(shí)為聚合反應(yīng)器，對(duì)物料進(jìn)行完全、充分的聚合。按生產(chǎn)工藝要求，最優(yōu)選用長(zhǎng)徑比為60:1的雙螺桿擠出機(jī)。至于螺桿直徑，則根據(jù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)能而確定，聚合雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒大致分為15~18段，各段的溫度應(yīng)分別設(shè)定為160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度。其中240度只設(shè)一段，其目的是使物料中的凝膠粒籽得以充分分解。紡絲過(guò)程中的紡絲油劑也很重要，它可以直接影響絲餅的成型和退繞，因此需要根據(jù)實(shí)際需要選取最適合的紡絲油劑，經(jīng)紡絲油劑噴嘴22、23、24、25噴出。

本實(shí)施例所采用的是八紡織位、128卷裝的工業(yè)紡絲機(jī)組，以此紡絲機(jī)組紡制的氨綸絲經(jīng)熟化后，測(cè)得如下結(jié)果：

纖度：20d

伸長(zhǎng)率：464%

100%回復(fù)率：98%

300%回復(fù)率：96%

強(qiáng)度：1.66g/d

滿(mǎn)卷率：98.6%

絲餅的成型：整齊、均勻、美觀

在正常的生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地發(fā)生人為的、或非人為的斷絲故障。如果在同一紡絲位上發(fā)生多根斷絲，這個(gè)紡絲位就必須關(guān)停。同時(shí)也會(huì)影響其余的紡絲位的關(guān)停，絲束全部空排，造成浪費(fèi)。為改變這種局面，本發(fā)明特別設(shè)計(jì)了可以在不停車(chē)的狀態(tài)下，成功處理故障紡絲位的開(kāi)停自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其工作原理是，將絲束固定纏繞在卷繞頭的紙筒上進(jìn)行絲的卷繞過(guò)程中，當(dāng)意外發(fā)生斷絲故障，只要按下自動(dòng)控制按鈕，其故障卷繞頭停車(chē)，同時(shí)各精密計(jì)量裝置會(huì)按原設(shè)定指令自動(dòng)調(diào)節(jié)物料的流出量，確保其他紡絲位的連續(xù)、正常生產(chǎn)，待故障處理完畢，即可恢復(fù)原正常設(shè)置。

融體直紡氨綸常用的生產(chǎn)原料為二異氰酸酯，可以是4.4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（mdi）或甲苯二異氰酸酯（tdi），其中mdi的苯基環(huán)狀結(jié)構(gòu)更適合氨綸的生產(chǎn)。

高分子二醇與異氰酸酯接觸能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成軟鏈段，并為聚合物多元醇提供諸如彈性及柔韌性等元結(jié)晶特點(diǎn)，高分子二醇最好從聚酯二醇、聚醚二醇、聚碳酸酯二醇中選擇一種或二種以上的高分子二醇使用。其中聚酯二醇抗紫外線、抗氧化與抗化學(xué)性較佳。聚醚二醇則耐水解和穩(wěn)定性好。

擴(kuò)鏈劑與異氰酸酯反應(yīng)，形成硬鏈段。最常用的低分子二醇如1.4-丁二醇（bdo），也可以選用乙二醇、丙二醇、1.5戊二醇、1.6巳二醇等。

由本發(fā)明工藝方法生產(chǎn)的氨綸纖維，其各項(xiàng)性能指標(biāo)與現(xiàn)行的干法工藝生產(chǎn)的氨綸纖維相比，已是相當(dāng)接近，雖然在300%回復(fù)率、耐熱性?xún)身?xiàng)指標(biāo)尚有較小的差異外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到或超過(guò)干法氨綸纖維指標(biāo)。而且，即使尚存的微小差異，但也絲毫不影響任何針織品和紡織品對(duì)其性能的要求，何況，以本發(fā)明生產(chǎn)紡制的氨綸已全部達(dá)到國(guó)家關(guān)于氨綸產(chǎn)品的各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)。